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20Cr13表面激光熔覆15-5ph涂层组织和性能研究

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激光与光电子学进展 2023年第9期60卷 292-301页

作者：杜彦斌何国华周志杰舒林森重庆工商大学制造装备机构设计与控制重庆市重点实验室重庆400067 陕西理工大学陕西省工业自动化重点实验室陕西西安723001

为改善20Cr13不锈钢零部件表面性能,利用激光熔覆技术在20Cr13不锈钢基材表面制备15-5ph合金涂层实现其表面强化。采用超景深显微镜、光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、显微硬度计及摩擦磨损试验机等,对利用信噪比分... 详细信息

为改善20Cr13不锈钢零部件表面性能,利用激光熔覆技术在20Cr13不锈钢基材表面制备15-5ph合金涂层实现其表面强化。采用超景深显微镜、光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪、显微硬度计及摩擦磨损试验机等,对利用信噪比分析获得的较优工艺参数下的15-5ph合金涂层的几何形貌、微观组织、物相、显微硬度及摩擦磨损性能等进行分析。结果表明:熔道的熔宽、熔高、熔深与激光比能之间成正比;15-5ph涂层与20Cr13不锈钢冶金结合良好,无裂纹、气孔等缺陷;涂层组织以等轴晶和柱状晶等组成,涂层中析出了颗粒状NbC、NiCx、ε-Cu等硬质相。显微硬度和摩擦磨损性能结果表明,涂层显微硬度约为基材的2.4倍,同时涂层耐磨性较基材有明显提升,其磨损形式为黏着磨损及磨粒磨损。

关键词：激光技术激光熔覆 15-5ph 表面强化信噪比组织性能

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热处理工艺对15-5ph沉淀硬化不锈钢的力学性能与耐蚀性的影响

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钢铁 2014年第8期49卷 70-75页

作者：张秀丽陈明昕刘振宝梁剑雄杨志勇余强抚顺特殊钢股份有限公司技术中心辽宁抚顺113001 钢铁研究总院北京100081

研究了热处理工艺对15-5ph沉淀硬化不锈钢力学性能与耐蚀性的影响,并观察了钢中的强化相。结果表明,随着时效温度的升高和保温时间的延长钢的强度逐渐下降,塑性及冲击吸收功逐渐升高,这是由于逆转变奥氏体体积分数随温度升高而增加所造... 详细信息

研究了热处理工艺对15-5ph沉淀硬化不锈钢力学性能与耐蚀性的影响,并观察了钢中的强化相。结果表明,随着时效温度的升高和保温时间的延长钢的强度逐渐下降,塑性及冲击吸收功逐渐升高,这是由于逆转变奥氏体体积分数随温度升高而增加所造成的;随着时效温度升高钢的耐点腐蚀性能逐渐下降,在580和600℃时耐蚀性最差,在480℃时效钢的耐点腐蚀性能最佳且具有最高的强度,钢中主要的强化相是具有面心立方结构的富铜相。

关键词： 15-5ph 热处理力学性能耐蚀性

激光增材修复15-5ph不锈钢的组织及力学性能

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应用激光 2022年第4期42卷 80-88页

作者：张志强程宗辉范鑫王凯王虹霖国营芜湖机械厂安徽芜湖241007 南京航空航天大学机电学院江苏南京210016 南京航空航天大学材料学院江苏南京211106

为保证15-5ph零件激光增材修复后的综合力学性能可以满足使用要求,在优化的工艺参数下进行块体试样的激光熔覆成形试验,分析熔覆层及热影响区的组织及力学性能。结果表明:熔覆层组织形态为垂直于熔道搭接面生长的柱状枝晶,除马氏体外,... 详细信息

为保证15-5ph零件激光增材修复后的综合力学性能可以满足使用要求,在优化的工艺参数下进行块体试样的激光熔覆成形试验,分析熔覆层及热影响区的组织及力学性能。结果表明:熔覆层组织形态为垂直于熔道搭接面生长的柱状枝晶,除马氏体外,存在少量残余奥氏体及δ铁素体,熔覆层平均硬度约为355 HV,具有较高的强度与塑性,但屈服强度较低;相变区组织晶粒明显细化,显微硬度自熔合面开始逐渐升高,在熔合界面下方约0.5 mm处达到峰值硬度(约420 HV),相变区下方为高温回火区,硬度降低至360 HV左右并随深度增加逐渐恢复至基材水平,回火区域宽度较窄,对基体力学性能影响较小,热影响区试样在保持拉伸强度的同时塑性略有提升。厚度方向上熔覆层占比50%时,在不经热处理的情况下,激光增材修复试样的拉伸性能可以达到热处理后基材90%以上的水平。

关键词：激光增材修复 15-5ph 显微组织力学性能

15-5ph马氏体不锈钢VBHT和时效工艺的研究

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15-5PH马氏体不锈钢VBHT和时效工艺的研究

作者：胡丹江苏科技大学

学位级别：硕士

近年来，不锈钢采用钎焊工艺在制造板翅式换热器等工业领域中有广泛的应用，但研究主要集中在对奥氏体不锈钢制造的产品上，而对性能优良的15-5ph的研究很少。本文通过单变量试验，利用SEM、EDS、XRD、超景深显微镜，硬度和拉伸试验，... 详细信息

近年来，不锈钢采用钎焊工艺在制造板翅式换热器等工业领域中有广泛的应用，但研究主要集中在对奥氏体不锈钢制造的产品上，而对性能优良的15-5ph的研究很少。本文通过单变量试验，利用SEM、EDS、XRD、超景深显微镜，硬度和拉伸试验，采用镍基钎料(BNi-2)进行真空钎焊及热处理一体化VBHT(Vacuum Brazing HeatTreatment)和时效处理工艺实验，系统研究钎焊温度、钎焊保温时间、淬火前保温时间、钎缝间隙及时效温度等参数对15-5ph钎缝和母材组织与性能的影响。试验结果表明，钎焊接头可分为四区：母材上的界面反应区，钎缝中的界面反应区，扩散区和钎缝中心区。钎缝中心区黑色化合物相主要为硼化物和少量的硅化物。钎焊温度在1000～1100℃范围内，随着钎焊温度的升高，钎缝中心区黑色化合物相的形态由连续网状向细条状变化，钎缝间隙呈先减小后增大趋势，母材晶粒逐渐长大，钎缝中心区的显微硬度逐渐下降，钎焊接头的抗拉强度呈先增大后减小的趋势。当钎焊温度达1100℃时，钎缝为全镍基固溶体;钎焊温度为1075℃，经VBHT和时效处理后，钎焊接头强度出现最高值（1063.37MPa）。当钎焊温度为1075℃时，钎焊保温时间在10～30min变化，当钎焊保温时间达到20min，钎缝中心区仅存镍基固溶体，母材中的马氏体板条变宽。随着钎焊保温时间的延长，钎缝中心区的硬度下降，抗拉强度总体上先增加后减小，这与钎缝中心区脆硬化合物数量，扩散区固溶体的强化作用和界面反应区元素扩散溶解的程度有关系。在较低温度970℃延长保温时间，钎缝中心区依旧生成化合物相，但数量有所减少。钎焊温度为1075℃保温15min，并在970℃保温10min的条件下，采用单层钎料的工艺，接头全部由镍基固溶体组成，叠加三片钎料的工艺，钎缝间隙在58～75μm之间，钎缝中心区出现黑色化合物相。经500℃时效90min，接头的抗拉强度能达到950MPa以上。采用优化后的VBHT工艺，时效处理对钎焊接头的主要组织无明显影响，钎缝中扩散区的平均硬度最低。在200～650℃之间，随着时效温度的升高，母材中黑色回火马氏体的数量增多，温度为650℃时，母材中出现逆转变奥氏体，母材的硬度呈先增大后减小的趋势。时效温度为450℃的工艺4-6，母材的硬度达到最大值45.3HRC，抗拉强度的峰值1165.49MPa也出现在450℃时。本课题得出的最佳工艺参数为：钎焊温度1075℃，钎焊保温时间15min，淬火前在970℃保温10min，叠加两层0.03mm的钎料，在450℃的时效温度下保温90min。

关键词： 15-5ph 镍基钎料BNi-2 真空钎焊及热处理一体化VBHT 时效温度

15-5ph不锈钢等离子弧焊接及焊后热处理

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15-5PH不锈钢等离子弧焊接及焊后热处理

作者：嵇绍奇江苏科技大学

学位级别：硕士

近年来,马氏体沉淀硬化不锈钢以强度高、耐蚀性好,综合性能优异,被广泛应用于航空航天、海洋、兵器工业等领域。由于这类零部件服役环境恶劣,所以在采用焊接热加工时,对焊接接头的质量要求更高。在使用传统熔化焊时,容易产生焊缝偏析、... 详细信息

近年来,马氏体沉淀硬化不锈钢以强度高、耐蚀性好,综合性能优异,被广泛应用于航空航天、海洋、兵器工业等领域。由于这类零部件服役环境恶劣,所以在采用焊接热加工时,对焊接接头的质量要求更高。在使用传统熔化焊时,容易产生焊缝偏析、接头软化、强度降低等问题,而使用固态焊接、高能束焊接时可以有效的减小这些问题,因此选择等离子弧焊接进行试验并且有必要严格的制定焊接工艺及焊后热处理工艺。本文以6mm厚的15-5ph为研究对象,开展等离子弧焊接及焊后热处理。通过焊接工艺试验,研究等离子弧焊接中焊接电流、离子气流量、焊接速度对焊缝成形及力学性能的影响。基于对母材热处理的研究,应用到焊接接头上;分析不同焊接热处理方式对焊接接头的组织与性能影响。试验结果表明,焊接电流及离子气流量对接头成形及力学性能有重要影响,在一定范围内增加焊接电流及离子气流量,可提高电弧穿透能力,有效避免未焊透和气孔等缺陷,提高焊缝力学性能;随着焊接速度的增大,焊接线能量降低,焊缝熔宽减小,正面余高增大,但对力学性能影响较小。对于气孔,特别是贯穿性气孔可以通过改变冷却条件(预热并降低焊接速度)来降低产生的可能性。正交优化试验中,等离子弧焊接最佳工艺为焊接电流220A,离子气流量3.0L/min,焊接速度400mm/min,焊后无缺陷,其中离子气流量为主要影响因子。接头主要分为焊缝区、粗晶区、两相区及母材区。与TIG对比中发现,由于TIG焊时,焊接线能量高且多道焊接,使得PAW接头焊接热影响区小于TIG接头,性能也更佳,抗拉强度达1100MPa,冲击韧性为20.5J,延伸率为8.0%。母材经过1050℃1h固溶处理后,组织为淬火马氏体。再经550℃4h时效处理后逆转变奥氏体及析出相开始出现,随着时效温度的增大,逆转变奥氏体含量增多,析出相粗化降低了材料的抗拉强度,改善了材料的冲击韧性。固溶处理及固溶时效处理后,焊接接头两相区基本消失。固溶时效态的接头具有最好的综合性能,组织为回火马氏体+逆转变奥氏体。单一时效的接头两相区依然存在,且与焊态接头两相区基本没变化,致使两相区强度相对较低。从显微硬度看,固溶时效具有最高的硬度,从HAZ到母材,硬度值起伏不大,而焊态接头及单一时效态接头软化区的硬度呈V型分布。固溶处理后,焊接接头的断裂方式从焊态的结晶状+韧窝的准解理断裂变为结晶状脆性断裂。而单一时效及固溶时效的微观断口呈微孔聚集型。综合来看,固溶时效后的接头塑韧性更好。

关键词： 15-5ph 等离子弧焊接单变量正交试验氩弧焊焊后热处理

30CrMo表面CMT堆焊15-5ph工艺及组织性能研究

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兵器材料科学与工程 2023年第6期46卷 64-69页

作者：郭龙龙刘广阔徐斌荣张小龙刘春伟西安石油大学机械工程学院陕西西安710065 宝鸡石油机械有限责任公司陕西宝鸡721002

为探明不同工艺参数对30CrMo钢堆焊15-5ph成形质量的影响规律,并进一步优化工艺参数,采用CMT焊接技术在30CrMo试验钢板上开展单道及多道的熔覆试验,探明送丝速度、焊接速度对单焊道成型宽度及高度的影响。结果表明:焊接速度恒定时,焊缝... 详细信息

为探明不同工艺参数对30CrMo钢堆焊15-5ph成形质量的影响规律,并进一步优化工艺参数,采用CMT焊接技术在30CrMo试验钢板上开展单道及多道的熔覆试验,探明送丝速度、焊接速度对单焊道成型宽度及高度的影响。结果表明:焊接速度恒定时,焊缝宽度、高度与送丝速度正相关;送丝速度恒定时,焊缝宽度、高度与焊接速度负相关;当送丝速度为7 m/min;焊接速度为6 mm/s时,焊缝的成形质量最好,多道焊的表面平整度最优,熔覆层的抗拉强度最高。

关键词： 30CrMo 15-5ph CMT 成形质量力学性能

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镍基钎料真空钎焊15-5ph接头元素扩散行为与界面反应的研究

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镍基钎料真空钎焊15-5PH接头元素扩散行为与界面反应的研究

作者：孙倩倩江苏科技大学

学位级别：硕士

本文采用非晶态镍基钎料BNi-2对15-5ph马氏体沉淀硬化不锈钢进行真空钎焊,焊后利用扫描电镜、能谱分析、电子探针、X射线衍射分析等手段分析了钎焊温度、保温时间、钎焊间隙以及冷却方式对接头组织、界面元素扩散的影响。研究结果表明:... 详细信息

本文采用非晶态镍基钎料BNi-2对15-5ph马氏体沉淀硬化不锈钢进行真空钎焊,焊后利用扫描电镜、能谱分析、电子探针、X射线衍射分析等手段分析了钎焊温度、保温时间、钎焊间隙以及冷却方式对接头组织、界面元素扩散的影响。研究结果表明:当钎焊温度升高到982℃,非晶态钎料BNi-2完全晶化,晶化后的组织主要由γ-Ni固溶体和Ni3B化合物组成。在冷却过程中,液态钎料首先凝固出双共晶的γ-Ni相和Ni3B相,发生L→γ+Ni3B二元共晶转变;当冷却至993℃时,发生L→γ+Ni3B+CrB三元共晶转变。采用BNi-2钎焊15-5ph沉淀硬化不锈钢的焊接接头可分为四个区域:界面反应区(DAZ)、非等温凝固区(IRZ)、等温凝固区(ISZ)和焊缝中心区(ASZ)。随着钎焊温度的升高,钎缝中心区的黑色化合物数量呈下降趋势,化合物形态由连续网状向断续的细条状转变;焊缝中心生成的黑色相主要为硼化物和硅化物。另外,随着钎焊温度的升高,沿母材晶界处析出的沉淀相数量增加,母材晶粒长大,焊接接头各区域宽度都明显增加。不同钎焊温度下界面元素扩散趋势一致,都是B、Ni元素由钎料向母材扩散,Fe元素由母材向钎料溶解。但随着钎焊温度的升高,元素扩散距离增加,元素扩散趋于平缓,波动减小。保温时间决定了钎料中元素向母材的扩散程度。低温下延长保温时间,钎缝间隙明显增加;高温下延长保温时间,钎缝中心化合物数量以及钎缝间距变化不大。当保温一段时间后元素扩散达到平衡,即使再延长保温时间,元素也不再发生扩散。叠加一片钎料的钎焊接头基本没有化合物相生成,全为镍基固溶体组织;叠加两片钎料的界面反应区最宽,元素扩散距离最长;而叠加三片钎料反而易导致钎料流失和大量的钎料遗留在焊缝中心生成脆硬化合物相。在油淬和炉冷两种焊后热处理条件下,焊缝中心区的黑色化合物数量均随着保温时间的延长而减小;钎缝间距呈先减小后增大的趋势。但在油淬条件下,焊缝中心黑色相数量明显多于炉冷条件下,炉冷条件下接头的抗拉强度优于油淬条件。

关键词： 15-5ph 镍基钎料BNi-2 接头组织元素扩散

20Cr13不锈钢表面激光熔覆15-5ph合金涂层工艺优化及性能研究

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20Cr13不锈钢表面激光熔覆15-5PH合金涂层工艺优化及性能研究

作者：周志杰重庆工商大学

学位级别：硕士

20Cr13不锈钢具有良好的性能,主要用于制造需要同时承受高应力负荷与耐弱腐蚀性环境的零部件。由于这类零部件的特殊工况,极易发生磨损和腐蚀失效,造成大量经济损失。激光熔覆作为一项绿色再制造技术,具备高效、快速、灵活、环保等优势... 详细信息

20Cr13不锈钢具有良好的性能,主要用于制造需要同时承受高应力负荷与耐弱腐蚀性环境的零部件。由于这类零部件的特殊工况,极易发生磨损和腐蚀失效,造成大量经济损失。激光熔覆作为一项绿色再制造技术,具备高效、快速、灵活、环保等优势,被广泛应用于损伤零部件的表面修复。本文在国家自然科学基金面上项目(51775071)、重庆市技术创新与应用示范(产业类重点研发)项目(cstc2018jszx-cyzd X0113)等支持下,利用激光熔覆技术在20Cr13不锈钢表面制备15-5ph合金涂层,围绕激光熔覆工艺与熔覆层组织及性能展开研究。首先,以20Cr13不锈钢为基体,15-5ph合金粉末为熔覆材料,开展单道激光熔覆三因素五水平全因子实验,分析激光功率、扫描速度、送粉速度等工艺参数对熔覆层几何质量特征的影响;针对灰狼算法优化后的BP神经网络相比于三元二次多项式模型、BP神经网络具有更好的预测精度与泛化能力,形成一种基于GWOBPNN的熔覆层几何质量特征预测方法,建立激光熔覆工艺参数对熔覆层高度、宽度、稀释率和熔池深度等几何质量特征的最佳回归预测模型。其次,为了改善20Cr13不锈钢单道激光熔覆15-5ph合金粉末涂层的成形质量,利用层次分析法建立涵盖熔覆层高度、宽度、稀释率和熔池深度等指标的综合评价度指标体系,利用遗传算法进行求解,获得最佳工艺参数组合;针对20Cr13不锈钢多道激光熔覆15-5ph合金粉末的搭接率选择与优化问题,以获得多道熔覆层的最佳表面平整度为目标,建立多道熔覆层的平顶重叠搭接模型,优化搭接率;开展验证实验,以证明工艺参数优化后的熔覆层达到预期的成形质量要求。最后,利用金相分析、X射线衍射、X射线能谱、显微硬度、摩擦磨损、电化学腐蚀等手段对20Cr13不锈钢基体与15-5ph熔覆层的微观组织、元素分布、显微硬度分布、摩擦磨损形式、耐腐蚀性进行分析,验证20Cr13不锈钢表面激光熔覆15-5ph合金涂层性能得到提升。

关键词：激光熔覆工艺优化 15-5ph 组织与性能

热处理对15-5ph不锈钢组织与性能的影响

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热处理对15-5PH不锈钢组织与性能的影响

作者：张书雄江苏科技大学

学位级别：硕士

近年来，沉淀硬化不锈钢由于其很好强韧性配合，它的应用越来越广泛。本文以沉淀硬化不锈钢15-5ph为对象，开展热处理研究，以满足其在汽车传感器上的应用要求。通过改变固溶温度（1000℃150℃）、固溶保温时间（20min00min）及时效温度... 详细信息

近年来，沉淀硬化不锈钢由于其很好强韧性配合，它的应用越来越广泛。本文以沉淀硬化不锈钢15-5ph为对象，开展热处理研究，以满足其在汽车传感器上的应用要求。通过改变固溶温度（1000℃150℃）、固溶保温时间（20min00min）及时效温度（450℃20℃）的热处理制度，对各种热处理后材料的微观结构用超景深显微镜、X射线衍射仪（XRD）、透射电镜（TEM）进行观察分析，同时开展拉伸试验、洛氏硬度试验及扫描断口试验分析不同热处理对试样性能的影响，并确定15-5ph不锈钢最佳的热处理工艺。对固溶温度的研究结果表明：固溶温度低于1050℃时，组织中含有未溶解的δ-铁素体，得到的组织较不均匀，淬火后形成较多的不均匀的铁素体，硬度值较低，同时在后续的时效处理时，析出的金属间化合物较少;温度高于1050℃时，组织趋于均匀，晶粒急剧长大，组织中残余奥氏体量增加，硬度也较低;固溶温度为1050℃时，组织较均匀，晶粒较细小，马氏体饱和度较高，硬度达到最大值39.1HRC。对固溶保温时间的研究结果表明：保温时间低于60min时，晶粒较小，但马氏体的饱和度过低，降低了试样的硬度;保温时间高于60min时，晶粒长大，残余奥氏体增多，硬度值较低。保温时间为60min时，晶粒较小，马氏体的过饱和度较高，使得试样有最高的硬度39.1HRC，同时时效析出相细小弥散。对时效温度的研究结果表明：不同时效温度处理后的组织不仅有马氏体存在，还有部分奥氏体、铁素体及析出相。时效温度为450℃时，由于较低的温度，淬火态的马氏体较多，从马氏体基体中析出的碳化物及金属间化合物较少，试样的强度较高，但塑性较差;随着时效温度的升高，淬火马氏体逐渐分解，回火马氏体增多，第二相析出的数量增多，体积分数增大，尺寸变大;温度达到620℃时，析出相发生聚集长大，并出现逆转变奥氏体，强度下降，塑性增高。综合来看，15-5ph不锈钢在1050℃保温1h固溶后经550℃保温4h时效处理后有很好的组织及力学性能。

关键词： 15-5ph 热处理显微组织力学性能